发光体以及使用其的光学设备的制作方法

专利名称：发光体以及使用其的光学设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有长荧光寿命的发光体以及采用了此发光体的光学设备，例如，涉及光电子固体构成元件以及小型节能灯的制造中所使用的发光体以及采用此发光体的光学设备。

背景技术：
Burler，K.H.在“Fluorescent Lamp Phosphors in Technology and Theory(荧光灯荧光体技术及理论)(宾夕法尼亚大学学报(1980)”中公开了能在蓝色以及短波长紫外光谱区域的两端激励，而且在可视光谱区域发光的荧光灯用发光体。但是，这些至今为止还仅被周知只在荧光灯以及小型节能灯中被使用。
有机染料和无机染料都被用于LED中。单独使用有机染料，稳定性低而且有效性也低。
但是，在WO98/12757、WO02/93116以及美国专利第6,252,254号记载了作为用于生成白色光的色变换材料越来越被使用的无机材料。但是，这些必须和主要由钇铝石榴石构成的YAG发光体对应。此发光体种类是生成的白色光为低彩色再现的种类，例如，在蓝色LED和此黄色光发光体的组合的情况下，彩色再现指数Ra为70～77，存在是彩色再现种类IIa的缺点。这些白色光的生成品质不良的起因在于，即使在比如小于5000K的色温下得到，白色光也只能是得到不良的椭圆形光分布。但是，YAG发光体的使用被限于蓝色LED。小于色波长460nm，YAG发光体系的激励性急剧减小。在作为UVLED的作用范围的色波长370～400nm下，YAG发光体只能在有限程度上被激励。
在WO00/33389中公开了具有在小于色波长500nm下激发的良好特性的、在色波长505nm下有极大发光的Ba2SiO4:Eu2+发光体。
WO00/33390公开了在同时彩色再现指数Ra为83～87下，产生色温度3000～6500K的LED用发光体混合物。优选在红色光谱区或者蓝色光谱区发光的另外发光体的组合中，能将发光体作为用于生成有色光和/或白色光的混合物使用。LED所使用的全部的现有的发光体存在温度特性不充分而且温度稳定性也不充分这样的缺点。由此，在LED工作时，发光体的有效性随着温度的上升而显著减少。YAG发光体系的情况也同样，在此种情况下也产生发光能量分布的偏移，产生光颜色变化。
对于某种用途的另外的缺点是，由铝酸钡镁构成的Ce激活YAG发光体以及Eu激活BAM发光体等的LED中所使用的周知的发光体的荧光寿命短。对于以Ce激活发光体以及Eu激活发光体为主的典型的荧光寿命是数微秒。极大时，荧光寿命是数毫秒，这是例如通过由锰的添加掺杂而得到的。


发明内容
本发明的目的在于提供一种温度稳定性得到改善而且具有相关的长荧光寿命的发光体。
进一步，本发明的目的在于提供有高光品质、节电以及高亮度等特性优良的光学设备。
(A)根据本发明，提供具有长荧光寿命的发光体，其特征在于，作为用于使发光体的温度稳定性得到提高的另外的发光中心，除了激活剂之外，还包括从镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、铋(Bi)、锡(Sn)、锑(Sb)以及类似的物质中选择的一种以上的共激活剂。
(B)根据本发明的其它方面，提供光学设备，其是具有波长变换部的光学设备，其中波长变换部包括基于从LED元件发射的光被激励而发射激励光的发光体，其特征在于， 所述波长变换部包括下述发光体，该发光体作为用于使发光体的温度稳定性得到提高的另外的发光中心，除了激活剂之外，还包括从镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、铋(Bi)、锡(Sn)、锑(Sb)以及类似的物质中选择的一种以上的共激活剂。
(C)根据本发明的其它方面，提供光学设备，其特征在于，包括LED元件； 用于搭载所述LED元件，并且对所述LED元件供电的供电部； 将所述LED元件和所述供电部一体化密封的、具有透光性的密封部；和 波长变换部，其包括发光体，该发光体基于从所述LED元件发射的光被激励而发射激励光，作为用于使发光体的温度稳定性得到提高的另外的发光中心，除了激活剂之外，还包括从镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、铋(Bi)、锡(Sn)、锑(Sb)以及类似的物质中选择的一种以上的共激活剂。
(D)根据本发明的其它方面，提供光学设备，其特征在于，包括LED灯； 对从所述LED灯发射的光进行导光的导光部； 波长变换部，其包括发光体，该发光体基于由所述导光部进行导光的光被激励而发射激励光，作为用于使发光体的温度稳定性得到提高的另外的发光中心，除了激活剂之外，还包括从镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、铋(Bi)、锡(Sn)、锑(Sb)以及类似的物质中选择的一种以上的共激活剂；和 基于经由所述波长变换部发射的光被照明的被照明部。



第1图是表示有关本发明的发光体的相对强度和加热温度的关系的特性图。
第2图是表示有关本发明的发光体的相对强度和发光光谱的关系的特性图。
第3图是表示在切断激励能量的状态下的光源中的相对强度的特性图。
第4图是表示有关第1实施方式的发光装置的剖视图。
第5图是表示有关第1实施方式的LED元件的层构成图。
第6图是表示有关第1实施方式的LED元件的其它构成的层构成图。
第7图表示有关第2实施方式的发光装置，其中(a)是纵向剖视图、(b)是LED元件的部分放大图。
第8图是表示有关第3实施方式的发光装置的剖视图。
第9图是表示有关第4实施方式的发光装置的剖视图。
第10图是表示有关第5实施方式的发光装置的剖视图。
第11图是表示有关第6实施方式的发光装置的剖视图。
第12图是表示有关第7实施方式的作为光学装置的液晶背光灯装置的剖视图。

具体实施例方式 以下，对于关于本发明的发光体，参照附图详细说明。
在表1中，对根据本发明的具有长荧光寿命的发光体的一部分进行表示，并追加表示在各种温度下它们的相对发光浓度。 表1 (1)在表1的第1行，记有具有组成(Ba0.9648Sr0.01Eu0.025Dy0.0002)2(Si0.98Ge0.02)3O8.0006的发光体。其原料是BaCO3、SrCO3、Eu2O3、Dy2O3、SiO2以及GeO2。
调制 将氧化形态的原料或者来自能够转化为氧化物的材料的原料以表示的化学计量比混合，根据反应条件，在金刚砂坩埚中，在氮气/氢气混合物的还原环境中以1220℃下煅烧4小时。将最终的生成物用水洗净、干燥、筛分。得到的发光体化合物在色波长487nm下显示极大发光，具有长荧光寿命。
(2)在表1的第2行，记有具有组成(Ba0.9696Sr0.015Ca0.005Eu0.01Pr0.0004)3(Si0.99Ge0.01)O5.0018的发光体。其原料是BaCO3、SrCO3、CaCO3、Eu2O3、Pr6O11、SiO2以及GeO2。
调制 将原料以化学计量比经几个小时剧烈混合之后，将得到的混合物在金刚砂的坩埚中，在氮气/氢气混合物的还原环境中以1245℃下煅烧3小时。将得到的煅烧块粉碎、水洗、干燥、筛分。得到的发光体化合物在色波长589nm下显示极大发光，具有长荧光寿命。
(3)在表1的第3行，记有具有组成(Ba0.965Sr0.02Zn0.005Eu0.01)(Si0.97Ge0.03)2(Al0.002Dy0.00003)O5.003045的发光体。其原料是BaCO3、SrCO3、ZnO、Eu2O3、SiO2、GeO2、Al2O3以及Dy2O3。
调制 将原料按化学计量比称量，经几个小时均匀混合。将得到的混合物在室温下放入烘焙箱中，在氮气/氢气混合物的还原环境中以1220℃下煅烧4小时。将得到煅烧物粉碎、水洗、干燥、筛分。得到的发光体化合物在色波长509nm下显示极大发光，具有长荧光寿命。
(4)在表1的第4行，记有具有组成(Ba0.905Sr0.07Zn0.005Mg0.005Eu0.015)2Si(Al0.0001Dy0.0002)O4.00045的发光体。其原料是BaCO3、SrCO3、ZnO、Eu2O3、MgO、SiO2、Dy2O3以及Al2O3。
调制 将显示的原料按上述的化学计量比混合。将得到的混合物在还原条件下，在1220℃的温度下预煅烧。将煅烧材料粉碎后，在氮气/氢气混合物的还原环境中以1220℃的温度下进行二次煅烧处理。经过2小时的二次煅烧，得到均匀的最终生成物。此后，水洗、干燥、筛分。得到的发光体化合物在色波长445nm下显示极大发光，具有长荧光寿命。
(5)在表1的第5行，记有具有组成(Ba0.915Sr0.005Zn0.005Eu0.075)3Mg0.99Mn0.01(Si0.998Ge0.002)2(Ga0.0001Dy0.0001)O8.0003的发光体。其原料是BaCO3、SrCO3、ZnO、Eu2O3、MgO、MnCO3、SiO2、GeO2、Dy2O3以及Ga2O3。
调制 将原料很好地混合后，进行煅烧处理。煅烧处理在反应条件下，在氮气/氢气混合物的还原环境中以1225℃下进行3小时。将最终生成物粉碎、水洗、干燥、筛分。得到的发光体化合物在色波长543nm下显示极大发光，具有长荧光寿命。
(6)在表1的第6行，记有具有组成(Ba0.92Sr0.04Zn0.01Ca0.01Eu0.02)2Mg(Si0.9Ge0.1)2(Ga0.0001Dy0.0002)O7.00045的发光体。其原料是BaCO3、SrCO3、ZnO、CaCO3、Eu2O3、MgO、SiO2、GeO2、Dy2O3以及Ga2O3。
调制 将原料以化学计量比完全剧烈混合后，在氮气/氢气混合物的还原环境中以1235℃下进行4小时煅烧处理。将最终生成物粉碎、水洗、干燥、筛分。得到的发光体化合物在色波长548nm下显示极大发光，具有长荧光寿命。
(7)在表1的第7行，记有具有组成(Ba0.8K0.05Dy0.05Eu0.1)Mg2Al16O27的发光体。其原料是BaCO3、K2CO3、Dy2O3、Eu2O3、MgO以及Al2O3。
调制 将原料以化学计量比称量后，将作为溶剂进一步包含AlF3所得到的混合物在氮气/氢气混合物的还原环境中以1420℃下煅烧2小时。将得到的煅烧物粉碎、水洗数次、干燥、筛分。得到的发光体化合物在色波长452nm下显示极大发光，具有长荧光寿命。
发光体(Ba0.8K0.05Dy0.05Eu0.1)Mg2Al16O27的相对发光强度(相对强度)和100K～900K的范围下加热温度的关系在第1图中表示。发光体的相对强度在200K～约600K的温度范围下超过0.8。
(8)在表1的第8行，记有具有组成(Ba0.15Sr0.8Eu0.05)4Al12.5Ga1.49996Dy0.00004Si0.005O25.0075的发光体。其原料是BaCO3、SrCO3、Eu2O3、Al2O3、Ga2O3、SiO2以及Dy2O3。
调制 将显示的原料以化学计量量称量后，作为溶剂添加硼酸均匀混合，在金刚砂的坩埚中，在氮气/氢气混合物的还原环境中以1420℃下煅烧2小时。接着，将得到的煅烧物粉碎，再次剧烈混合，在相同条件下进一步进行煅烧处理。接着，将得到的最终生成物粉碎、水洗、干燥、筛分。得到的发光体化合物在色波长496nm下显示极大发光，具有长荧光寿命。
(9)在表1的第9行，记有具有组成(Ba0.47Sr0.5Eu0.03)Al1.5997Ga0.4Dy0.0003Si0.004O4.006的发光体。其原料是BaCO3、SrCO3、Eu2O3、Al2O3、Ga2O3、SiO2以及Dy2O3。
调制 将原料以化学计量比、与作为溶剂的硼酸以及氯化铵一起混合，在氮气/氢气混合物的还原环境中以1420℃下煅烧2小时。重复进行将煅烧块粉碎以及混合后煅烧处理。将得到的最终生成物粉碎、水洗、干燥、筛分。得到的化合物在色波长523nm下显示极大发光，具有长荧光寿命。
第2图表示未图示的光源1的虹色的发光光谱。光源1包含发光体(Ba0.8K0.05Dy0.05Eu0.1)Mg2Al16O27和(Ba0.965Sr0.02Zn0.005Eu0.01)(Si0.97Ge0.03)2(Al0.002Dy0.00003)O5.003045以及(Ba0.9696Sr0.015Ca0.005Eu0.01Pr0.0004)3(Si0.99Ge0.01)O5.0018的混合物。
在紫外线波长380nm的颜色的相对发光强度(相对强度)为0.04，在波长490nm的蓝色的相对发光强度为0.034，在波长508nm的绿色的相对发光强度为0.02，在波长560nm的黄色的相对发光强度为0.024，在波长610nm的红色的相对发光强度为0.02。
切断光源1的激励能量之后，此光源还放射在第3图所示的在色波长580nm下具有极大发光的相对发光强度(相对强度)0.0375的黄色光。
(关于本发明的发光体的效果) (1)根据本发明的发光体，除了通常所使用的激活剂之外，通过使用从镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、铋(Bi)、锡(Sn)、锑(Sb)以及类似的物质中选择的一种以上的共激活剂实现。通过共激活剂，在发光体中可得到另一中心，在LED的情况下，可以实现在更高测量动作温度下发光体本身产生更少的能量损失的处理。通过使发光体中包含作为目的的这些添加的共激活剂，形成另外的和/或新的再结合中心。
由该添加激活，带来使荧光寿命增加至数秒或者数分、最大数小时的优点。通过该方式，在特别注重安全光和健康光下进行作业的用途中越来越显重要性的光源，可以适合于人眼的适当动作。
这些发光体的混合物适合于实现各种时间的荧光寿命。根据本发明，由此，如果切断发光体的激励，则可使LED的颜色发生变化。
这些另外的以及新的中心的其它优点在于，由原则上可以与发光离子发射再结合的主要的这些中心，可以从激励状态捕获电子。而这些电子不会由抑制(killer)中心，即，激励能量被白白地变换为热而产生发光损失的中心捕获。
(2)根据本发明，提供通过包含硅酸盐-锗酸盐而且掺杂铕而改善了温度稳定性以及荧光寿命的发光体，其是包含相当于下述实验式的添加掺杂剂的发光体 M’aM”b(Si1-zGez)c(Al，Ga，In)d(Sb，V，Nb，Ta)eO(a+b+2c+3d/2+5e/2-n/2)Xn:Eux，Ry (公式中，M’是从钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)以及锌(Zn)组成的组中选择的一种以上的元素，M”是从镁(Mg)、镉(Cd)、锰(Mn)以及铍(Be)组成的组中选择的一种以上的元素，R是从La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Bi、Sn以及Sb组成的组中选择的一种以上的元素，X是为了取得电荷的平衡的从氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)组成的组中选择的离子，以及0.5≤a≤8，0≤b≤5，0＜c≤10，0≤d≤2，0≤e≤2，0≤n≤4，0≤x≤0.5，0≤y≤0.5，0≤z≤1)。
(3)包含铝酸盐-镓酸盐而且由铕掺杂的发光体的情况下对温度稳定性和荧光寿命的改善，是通过相当于实验式 M’4(Al，Ga)14(Si，Ge)pO25+2p:Eux，Ry的添加掺杂剂或者相当于实验式 M’(Al，Ga)2(Si，Ge)pO4+2p:Eux，Ry的添加掺杂剂实现的 (公式中，M’是从Sr、Ba、Ca、Mg以及Zn组成的组中选择的一种以上的元素，以及R是从La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Bi、Sn以及Sb组成的组中选择的一种以上的元素，0＜p≤1，0≤x≤0.5，0≤y≤0.5)。
(4)包含铝酸盐而且由铕掺杂的发光体的情况下对温度稳定性和荧光寿命的改善，是通过相当于实验式 (M’，M”，M)M””2Al16O27:Eux，Ry(公式中，M’是从Ba、Sr以及Ca组成的组中选择的一种以上的元素，M”是从锂(Li)、钠(Na)、钾(K)以及铷(Rb)组成的组中选择的一种以上的元素，M是Dy，M””是Mg、Mn，R是从La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Bi、Sn以及Sb组成的组中选择的一种以上的元素，0＜x≤0.5，0≤y≤0.5)的添加掺杂剂实现的。
(5)为了改善包含碱土金属铝酸盐-镓酸盐而且掺杂了铕的发光体时的温度稳定性和荧光寿命，用以实验式 M’1-a(Al，Ga)b(Si，Ge)CO1.5b+1+3c/2:Eux，Ry (公式中，M’是从Ca、Sr、Ba以及Mg组成的组中选择的一种以上的元素，R是从La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Bi、Sn以及Sb组成的组中选择的一种以上的元素，以及0≤a≤1，0≤b≤10，0≤c≤8，0≤x≤0.5，0≤y≤0.5)表示的添加掺杂剂进行掺杂。
根据本发明，这些发光体例如 (Ba0.9648Sr0.01Eu0.025Dy0.0002)2(Si0.98Ge0.02)3O8.0006、 (Ba0.9696Sr0.015Ca0.005Eu0.01Pr0.0004)3(Si0.99Ge0.01)O5.0018、 (Ba0.965Sr0.02Zn0.005Eu0.01)(Si0.97Ge0.03)2(Al0.002Dy0.00003)O5.003045、 (Ba0.905Sr0.07Zn0.005Mg0.005Eu0.015)2Si(Al0.0001Dy0.0002)O4.00045、 (Ba0.915Sr0.005Zn0.005Eu0.075)3Mg0.99Mn0.01(Si0.998Ge0.002)2(Ga0.0001Dy0.0001)O8.0003、 (Ba0.92Sr0.04Zn0.01Ca0.01Eu0.02)2Mg(Si0.9Ge0.1)2(Ga0.0001Dy0.0002)O7.00045、 (Ba0.8K0.05Dy0.05Eu0.1)Mg2Al16O27、 (Ba0.15Sr0.8Eu0.05)4Al12.5Ca1.49996Dy0.00004Si0.005O25.0075、 (Ba0.47Sr0.5Eu0.03)Al1.5997Ga0.4Dy0.0003Si0.004O4.006 使用于LED或者小型节能灯中生成有色～白色光的层。
(6)本发明的包含硅酸盐-锗酸盐发光体的发光体混合物和/或本发明的包含铝酸盐-镓酸盐发光体中一种以上的发光体混合物适用于作为用于改善LED以及小型节能灯的温度稳定性以及荧光寿命的层。
作为其它的优点还能列举出在LED工作时，通过芯片本身提供的热能，从这些中心电子变为自由态，可以同时发光。任何一种情况下产生的热都能被有效地变换。
由此，能够改善发光体的温度稳定性，即，适于用于发光元件中，而且也适于用于产生有色光和/或白色光的特定的LED中。在大约60～120℃的工作温度下使LED工作时，和以往的发光体相比，有效性得到改善。进一步发光体与一般的显示微秒范围内的荧光寿命的以往的LED用发光体相比，显示出长荧光寿命。由此特性，硅酸盐-锗酸盐发光体，只要来自可视光谱的橙色-红色光谱区域的发光依赖于该组成，则同时特别适用于来自蓝色光谱区域的发光。特别是得到具有长荧光寿命、同时具有高度有效性的白色光，硅酸盐-锗酸盐发光体被选择用作在波长300～500nm的范围内的蓝色和/或紫外激励光源用变换材料。
另外的优点是，通过来自这些中心的电子变为自由态，除得到通常存在的激励状态之外，还可以使激励源工作、温度上升增加有效性。
此原理能适用于发射蓝色～红色光谱区域的发光体。
同时，如果将硅酸盐-锗酸盐发光体单独或者与铝酸盐-镓酸盐发光体或者其它的发光体组合使用，通过由蓝色和/或紫外LED的激励，能够得到具有长荧光寿命的有色光或者白色光。硅酸盐晶格中的锗以及铝酸盐晶格中的镓都产生微小的晶格膨胀，两种情况下发射的光都略微偏移，对荧光寿命产生影响。这样得到的光，在高荧光寿命、高温度稳定性以及高光线品质方面是显著的。
以下，详细说明采用了上述的发光体的光学设备。
(第1实施方式) 第4图是表示关于本发明的第1实施方式的发光装置的剖视图。
此发光装置1是在导体上装载了LED元件的波长变换型发光装置1，包括作为布线导体的导体2以及3、在导体2上设置的容纳LED元件用的杯状部4、被粘接在杯状部4的底部5的LED元件6、将LED元件6的未图示的电极和导体2以及3电气连接的由Au构成的电线7、将LED元件6以及电线7和杯状部4一起密封的透光性的密封树脂8、被混合在密封树脂8中的发光体9、具有透光性、将导体2以及3和LED元件6还有电线7密封为一体的炮弹形状的密封树脂10。
导体2以及3是由热传导性以及导电性良好的铜或者铜合金形成的，在导体3设置的杯状部4，为了使向杯外部的光放射性提高而要增大内壁的光的射出侧，因此其具有倾斜。
LED元件6是发射波长460nm的蓝色光的GaN系LED元件，由具有光反射性的粘接材料被粘接固定在杯状部4的底部5。
密封树脂8是混合了发光体9的硅树脂，通过罐封注入至杯状部4，密封LED元件6。
发光体9除了使用通常所使用的激活剂之外，还使用从镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、铋(Bi)、锡(Sn)、锑(Sb)以及类似的物质中选择的一种以上的共激活剂。
具体说，密封树脂8混合了发光体9，该发光体9相对含硅酸盐—锗酸盐而且掺杂了铕的发光体、包含相当于以下实验式的添加的掺杂剂， M’aM”b(Si1-zGez)c(Al，Ga，In)d(Sb，V，Nb，Ta)eO(a+b+2c+3d/2+5e/2-n/2)Xn:Eux，Ry (公式中，M’是从钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)以及锌(Zn)组成的组之中选择的一种以上的元素，M”是从镁(Mg)、镉(Cd)、锰(Mn)以及铍(Be)组成的组之中选择的一种以上的元素，R是从La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Bi、Sn以及Sb组成的组之中选择的一种以上的元素，X是用于取得电荷的平衡的氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)组成的组之中选择的离子，并且0.5≤a≤8，0≤b≤5，0＜c≤10，0≤d≤2，0≤e≤2，0≤n≤4，0≤x≤0.5，0≤y≤0.5，0≤z≤1)。
密封树脂10由环氧树脂构成，通过采用用于形成炮弹形状的模型的铸模型法，在光发射侧具有半球状的光学形状。
第5图是LED元件6的层构成图。LED元件6包括蓝宝石基板61、在蓝宝石基板61上形成的AlN缓冲层62、在AlN缓冲层62上形成的掺杂Si的n型GaN包层(接触层)63、在n型GaN包层63上交互地配置3层的InGaN势井层64A和2层的GaN阻挡层64B而形成的MQW64、在MQW64上形成的Mg掺杂的p型GaN包层65、在p型GaN包层65上形成的掺杂Mg的p型GaN接触层66、在p型GaN接触层66上形成的透明电极67、在透明电极67上的规定位置、例如在靠近元件侧面形成的焊盘电极68、在通过由蚀刻除去p型GaN接触层66、p型GaN包层65、MQW64以及n型GaN包层63的一部分而露出的n型GaN包层63上形成的n侧电极69。此LED元件6具有作为发光层包括MQW64的双异质结构，在各层包含适量的Al的构成也可以。
接着，对于发光装置1的制造方法进行说明。
首先，通过对导体框架的铜板进行冲压加工，形成具有导体2以及3的导体框架。另外，在导体框架形成时，在导体3上形成杯状部4。接着，在杯状部4内用粘接材料粘接固定LED元件6。接着，将LED元件6的焊盘电极68和导体2、以及n侧电极69和导体3用电线7电气连接。接着，通过在杯状部4罐封注入预先混合了发光体9的硅树脂，密封LED元件6。接着，在树脂成型用的模型中插入密封了LED元件6的导体2以及3。接着，通过在模型内注入环氧树脂，在导体2以及3的周围形成炮弹形状的密封树脂10。接着，将导体2以及3和导体框架切断。
接着，对发光装置1的动作进行说明。
通过将导体2以及3与图中未表示的电源装置连接、通电，在LED元件6的MQW64中发光。通过使基于MQW64的发光的光照射到LED元件6的外部，向发光体9照射。发光体9发射由LED元件6的发射的光(以下，称为“发射光”。)激励的激励光。通过将此发射光和激励光混合，在杯状部4的内部生成白色光。此白色光从杯状部4的内部经由密封树脂10向外部发射。另外一部分的白色光在杯状部4倾斜的内壁被反射，经由密封树脂10向外部发射。
根据上述的第1实施方式的发光装置1，能得到以下的效果。
因为用混入发光体9的密封树脂8密封杯状部4，其中发光体9除了通常使用的激活剂之外还追加共激活剂，所以能提高发光体的温度稳定性，能够抑制发光能量分布的偏移，使从LED元件6发射的光的光色稳定。
由于通过添加共激活剂能够使荧光寿命增加至数秒钟或者数分钟、最大数小时，所以适用于特别注重安全光和健康光下进行作业的用途，使其可以适合于人眼的适当动作。
由于通过添加共激活剂，能够实现各种时间的荧光寿命，所以如果切断发光体的激励，可以使从发光装置1发射的光的颜色发生变化。
另外，将发光体9和其它的发光体混合使用也是可能的，作为其它的发光体，例如能使用YAG。此种情况下，如果切断发光装置1，则从白色伴随着包含红色的变化来关灯。具体说，也可以是在蓝色的LED元件和YAG的发光装置中组合发光体9的构成、在具有紫外的LED元件和由紫外光激励的发光体的发光装置中组合发光体9的构成。
还有，在第1实施方式中，说明了采用在密封树脂8中混合发光体9的构成，其中发光体9相对包含硅酸盐-锗酸盐而且掺杂了铕的发光体，包含上述的添加的掺杂剂，但也可以是混合作为其它的发光体9，是对于包含铝酸盐-镓酸盐而且通过铕掺杂的发光体，包含相当于以下的实验式的添加的掺杂剂，即 相当于M’4(Al，Ga)14(Si，Ge)pO25+2p:Eux，Ry的添加的掺杂剂或者 相当于实验式M’(Al，Ga)2(Si，Ge)pO4+2p:Eux，Ry的添加的掺杂剂 (公式中，M’是从Sr、Ba、Ca、Mg以及Zn组成的组之中选择的一种以上的元素，以及R是从La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Bi、Sn以及Sb组成的组之中选择的一种以上的元素，0＜p≤1，0≤x≤0.5，0≤y≤0.5)。
另外，也可以混合作为其它的发光体9，是对于包含铝酸盐而且由铕掺杂的发光体，包含相当于以下的实验式的添加的掺杂剂的发光体， (M’，M”，M)M””2Al16O27:Eux，Ry (公式中，M’是从Ba、Sr以及Ca组成的组之中选择的一种以上的元素，M”是从锂(Li)、钠(Na)、钾(K)以及铷(Rb)组成的组之中选择的一种以上的元素，M是Dy，M””是Mg、Mn，R是从La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Bi、Sn以及Sb组成的组之中选择的一种以上的元素以及0＜x≤0.5，0≤y≤0.5)。
另外，也可以是混合作为再一发光体9，是对于包含碱土金属铝酸盐—镓酸盐而且掺杂了铕的发光体，包含相当于以下的实验式的添加的掺杂剂的发光体， M’1-a(Al，Ga)b(Si，Ge)CO1.5b+1+3c/2:Eux，Ry (公式中，M’是从Ca、Sr、Ba以及Mg组成的组之中选择的一种以上的元素，R是从La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Bi、Sn以及Sb组成的组之中选择的一种以上的元素，以及0≤a≤1，0≤b≤10，0≤c≤8，0≤x≤0.5，0≤y≤0.5)的发光体9。
另外，通过组合这些发光体得到的，例如 (Ba0.9648Sr0.01Eu0.025Dy0.0002)2(Si0.98Ge0.02)3O8.0006、 (Ba0.9696Sr0.015Ca0.005Eu0.01Pr0.0004)3(Si0.99Ge0.01)O5.0018、 (Ba0.965Sr0.02Zn0.005Eu0.01)(Si0.97Ge0.03)2(Al0.002Dy0.00003)O5.003045、 (Ba0.905Sr0.07Zn0.005Mg0.005Eu0.015)2Si(Al0.0001Dy0.0002)O4.00045、 (Ba0.915Sr0.005Zn0.005Eu0.075)3Mg0.99Mn0.01(Si0.998Ge0.002)2(Ga0.0001Dy0.0001)O8.0003、 (Ba0.92Sr0.04Zn0.01Ca0.01Eu0.02)2Mg(Si0.9Ge0.1)2(Ga0.0001Dy0.0002)O7.00045、 (Ba0.8K0.05Dy0.05Eu0.1)Mg2Al16O27、 (Ba0.15Sr0.8Eu0.05)4Al12.5Ga1.49996Dy0.00004Si0.005O25.0075、 (Ba0.47Sr0.5Eu0.03)Al1.5997Ga0.4Dy0.0003Si0.004O4.006、 能使用于在LED或者小型节能灯中生成有色～白色光的层中。
另外，作为提高向LED元件6外部的光放射性的装置，也可以相对MQW64，在蓝宝石基板61一侧设置光反射层。具体说，能在蓝宝石基板61上作为光反射层设置Al层。
第6图是表示LED元件6的其它构成的层构成图。此LED元件6是作为基板使用GaN基板70的同时，省略了在第5图中说明的AlN缓冲层的构成。也能够采用在这样的GaN基板70上、通过使GaN半导体层结晶成长形成的LED元件6。另外，也可以将采用了由Si、SiC、AlGaN等的材料构成的基板的LED元件6作为光源使用。
(第2实施方式) 第7图表示关于本发明的第2实施方式的发光装置，(a)是纵向剖视图，(b)是LED元件的部分放大图。还有，和第1实施方式的各部分对应的部分采用相同符号。
此发光装置1，作为光源采用倒装片型的LED元件11，如第7图(a)所示，包括经由Au隆块(bump)12A以及12B与LED元件11电气连接的、由Si构成的分安装座(su’b-mount)13、将分安装座13和导体15A的杯状部15a电气连接的、作为导电性粘接材料的Ag胶(paste)14、经由电线与分安装座13电气连接的导体15B、在导体15A中设置的元件容纳部15C、在元件容纳部15C中设置的倾斜的光反射面15b。
LED元件11如第7图(b)所示，包括具有透光性的蓝宝石基板110、AlN缓冲层111、n型GaN包层112、交互配置3层的InGaN势井层和2层的阻挡层而形成的MQW113、p型GaN包层114、p型GaN接触层115、在通过用蚀刻除去p型GaN接触层115、p型GaN包层114、MQW113以及n型GaN包层112的一部分而露出的n型GaN包层112上形成的n侧电极116、在p型GaN接触层115上形成的p侧电极117，并以使基板侧配置于杯状部15a的开口侧的方式将其固定在分安装座13处。
分安装座13如第7图(b)所示，包括在n型半导体层134的表面设置的n侧电极130、在n型半导体层134的一部分上设置的p型半导体层131、在p型半导体层131上设置的p侧电极132、在n型半导体层134的底面一侧，即与杯状部15a的粘接侧处设置的n侧电极133。n侧电极130经由Au隆块12A与LED元件11的p侧电极117连接。另外，p侧电极132经由Au隆块12B与LED元件11的n侧电极116连接并与电线7相连。
密封树脂8混合了在第1实施方式中说明的发光体9，罐封注入到杯状部15a以覆盖、密封LED元件11以及分安装座13。
在杯状部15a内固定LED元件11时，首先要在杯状部15a的底部15c涂Ag胶14。接着，用Ag胶14在杯状部15a内固定分安装座13。然后，通过Au隆块12A以及12B搭载LED元件11，进行超声波粘接、将LED元件11粘接在分安装座13上。接着，将p侧电极132和导体15B用电线电气连接。然后，以覆盖LED元件11以及分安装座13的方式，将密封树脂8注入杯状部15a、密封。
这样，对于密封了杯状部15a的导体15A以及15B，将密封树脂10成型为炮弹形状。
按照上述的第2实施方式的发光装置1，除了第1实施方式的优选效果外，由于还能够将基于MQW113的发光的光从蓝宝石基板一侧发射，所以光的取出性能得到提高。另外，可以为分安装座13赋予针对静电的保护功能，所以在这种情况下，还能够防止由于静电对LED元件11的破坏。
(第3实施方式) 第8图是表示关于本发明的第3实施方式的发光装置的剖视图。
此发光装置1构成为在炮弹形状的密封树脂10的表面上，设置由包含在第1以及第2实施方式中说明的发光体9的环氧树脂等的树脂材料形成的帽子状的发光体层18，从密封杯状部15a的密封树脂8中省去了发光体9。
按照上述的第3实施方式的发光装置1，除了第1以及第2实施方式的优选效果之外，由于在LED元件11的周围没有堆积发光体9，所以能够防止伴随堆积的荧光体的光吸收的外部发射效率的下降。由此，能使在密封树脂10的表面效率良好地被导出的光，在发光体层18进行波长变换后向外部发射，可得到高亮度的波长变换型发光装置1。
(第4实施方式) 第9图是表示关于本发明的第4实施方式的发光装置的剖视图。还有，和第1至第3实施方式的各部分对应的部分采用相同的符号。
此发光装置1是表面安装型的波长变换型发光装置1，包括LED元件11、包括基于从LED元件11发射的光被激励的发光体层18的波长变换部19、由丙烯等的树脂材料形成的主体20、搭载了LED元件11的陶瓷基板21。
波长变换部19在由低熔点玻璃组成的2片玻璃板之间夹着由在第1至第3实施方式中说明的发光体9组成的发光体层18，通过进行加热处理而被一体化了的装置。具体说，在第1玻璃板的一面上，丝网印刷发光体9，通过对其在150℃下进行加热处理除去粘和剂成分，达到薄膜化。以夹住此被薄膜化的发光体层18的方式配置第2玻璃板，进行加热处理，使第1以及第2玻璃板一体化。
主体20在内部具有光反射面15b，具有使从LED元件11发射的光反射在波长变换部19的方向上的光反射面15b，形成为使光发射面和波长变换部19的表面形成在同一面上。另外，在由光反射面15b包围的空间内，填充了硅树脂16。
陶瓷基板21具有作为用于由Au隆块12A以及12B将LED元件11粘接在表面上的铜箔图案的布线层21A以及21B，布线层21A以及21B被设置架在作为经由陶瓷基板21的侧面与外部电路的粘接面的里面上。
按照上述的第4实施方式的发光装置1，除了第1至第3实施方式的优选效果之外，因为是由玻璃密封由发光体9构成的薄膜状的发光体层18，所以还能提高荧光体层18的耐水性、耐吸湿性，得到可长期使用的波长变换性能良好的发光装置1。
另外，由于发光体层18是基于丝网印刷以及加热处理形成为薄膜状的，所以能够降低因发光体层18的光吸收损失，能实现高亮度的波长变换型发光装置1。
另外，因为通过发光体层18的薄膜化能够减少发光体9的使用量，所以能够实现发光装置1的成本下降。
(第5实施方式) 第10图是表示关于本发明的第5实施方式的发光装置的剖视图。还有，和第1至第4实施方式的各部分相对应的部分采用相同的符号。
此发光装置1包括倒装芯片型(0.3×0.3mm)的LED元件11、搭载LED元件11的由AlN构成的分安装座13、和分安装座13粘接的导体架22A以及22B、密封LED元件11以及分安装座13并对从LED元件11发射出的光进行波长变换的由低熔点玻璃构成的波长变换部19、将波长变换部19和分安装座13、导体架22A以及22B密封为一体的由低熔点玻璃构成的玻璃密封部23。波长变换部19形成为具有对从LED元件11发射的光进行配光控制的光学形状、即圆顶状，并且具有与LED元件11以一定间隔隔开配置的发光体层18。
分安装座13在表面处形成由铜箔构成的布线层21A以及21B，通过嵌合到设置在导体架22A以及22B上的阶梯部22a以及22b上，使布线层21A以及21B与导体架22A以及22B电气连接。
波长变换部19，通过对在第4实施方式中说明的第1以及第2玻璃板间夹着发光体层18的装置进行加热冲压而形成光学形状。另外，在加热过程的同时，通过对形成玻璃密封部23的第3玻璃板进行加热处理，将导体架22A以及22B一体化密封。发光体层18是随着玻璃的热处理带来的变形，在和LED元件11之间具有对应于玻璃板的厚度的间隔来配置的。
根据上述的第5实施方式的发光装置1，除了第1至第4实施方式的优选效果之外，因为波长变换部19具有光学形状，所以能使从LED元件11发射出的光和在发光体层18被波长变换的光的混合光发射到所期望的范围内。
另外，由于LED元件11因被玻璃密封而提高耐水性、耐吸湿性，所以即使在潮湿条件等的恶劣环境条件下，也能历经长期而得到稳定的高亮度的波长变换型发光装置1。
(第6实施方式) 第11图是表示关于本发明的第6实施方式的发光装置的剖视图。还有，和第1至第5实施方式的各部分对应的部分采用相同的符号。
此发光装置1使用取代第5实施方式的导体架22A以及22B、采用了在两面形成了由铜箔构成的布线层24A、24B、25A以及25B的陶瓷基板21，布线层24A和25A以及布线层24B和25B由通孔26电气连接。另外，布线层24A、24B经由Au隆块12A以及12B，使倒装芯片型(1×1mm)的LED元件11电气连接。
布线层24A以及24B形成为具有比粘接构成波长变换部19的玻璃材料的面积还要大的面积。
按照上述的第6实施方式的发光装置1，除了第1至第5实施方式的优选效果之外，因为波长变换部19和在陶瓷基板21的表面设置的由铜箔构成的布线层24A以及24B粘接，所以基于玻璃材料和铜箔的良好的粘接性，波长变换部19和布线层24A以及24B具有优良的粘接性。由此，能够有力地防止波长变换部19的剥离和向发光装置1内部的吸湿，能得到可靠性优良的波长变换型发光装置1。
另外，因为通过采用陶瓷基板21，由定时和划片等的切断加工能容易地切割在成为基座的基板材料上一体形成的发光装置群，所以能得到生产性能优良的波长变换型发光装置1。
(第7实施方式) 第12图是表示关于本发明的第7实施方式的作为光学设备的液晶背光灯装置的剖视图。还有，和第1至第6实施方式的各部分对应的部分采用相同的符号。
此液晶背光灯装置30包括作为光源的LED灯31、对从LED灯发射出的光进行导光的导光体32、对从在导光体32的表面设置的LED灯31发射出的光进行波长变换的发光体层18、基于波长变换光、从背面进行透光照射的液晶面板35。
LED灯31对基于由GaN系半导体层构成的LED元件的发光的波长460nm的蓝色光，在炮弹形状的树脂密封部聚光，发射到规定的照射范围内。
导光体32具有将从LED灯31入射的光反射到直角方向的反射面32A、底面32B、在反射面32A被反射后导入导光体32内的光所射入的倾斜面32C。在底面32B上设置了光反射层33。另外，在倾斜面32C上设置有薄膜状的发光体层18，该发光体层18由除了通常使用的激活剂之外，还使用了由从La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Bi、Sn、Sb以及类似的物质中选择的一种以上的共激活剂的发光体构成。
液晶面板35例如由TFT(Thin Film Transister)基板、液晶层、滤色片基板进行层叠构成，具有使从导光体32发射出的光透过的透光性。
按照此液晶背光灯装置30，LED灯31的发射光经由导光体32被导入倾斜面32C，在倾斜面32C上设置的发光体层18上，LED灯31的发射光被波长变换为白色光，透过液晶面板35照明。
按照上述的第7实施方式的液晶背光灯装置30，除了在第1至第6实施方式中说明的优选效果之外，由于使经由导光体32被导光的光由在液晶背光灯装置30的背面设置的发光体层18进行波长变换发射，所以能以蓝色光作为光源得到良好的亮度，并且能实现荧光寿命长的透过照明构造，作为携带电话机和具有液晶显示部的设备的照明装置，能够带来崭新的视觉效果。
另外，由于发光体层18的荧光寿命长，所以基于和LED灯31的发光控制的组合，能不使光品质下降，实现节电，能使使用电池等的电源的设备的可使用时间增长。
还有，在第7实施方式中，采用了LED灯31发射的光在反射面32A反射后通过导光体32导光的构成，但也可以是不设置反射面32A的构成。例如，取代反射面32A，形成与底面32B呈直角的光的入射面，能使对导光体32的发射光的光入射方向与导光方向为相同方向。
另外，作为LED灯31，除了发射蓝色光的装置外，也可以采用发射紫外光的装置。
(在工业上应用的可能性) 如以上所说明的这样，根据本发明，由于除了通常使用的激活剂之外，采用了从La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Bi、Sn、Sb以及类似的物质中选择的一种以上的共激活剂，所以发光体的温度稳定性得到改善。因此，不易产生发光的能量分布偏移，能抑制光颜色变化的产生。另外，能够使荧光寿命从数微秒级延长至数秒或者数分，能实现长寿命。
另外，由于采用了温度稳定性以及荧光寿命特性提高了的发光体，所以能够提供高光品质、节电性以及高亮度等的特性优良的光学设备。
权利要求
1.一种温度稳定性得到提高的发光体，其特征在于，
其中所述发光体包含铝酸盐-镓酸盐，所述的铝酸盐-镓酸盐相当于实验式
M’4(Al，Ga)14(Si，Ge)pO25+2p:Eux，Ry，
该公式中，
M’是从由Sr、Ba、Ca、Mg以及Zn组成的组之中选择的一种以上的元素，
R是从由La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Bi、Sn以及Sb组成的组之中选择的一种以上的元素，
以及0＜p≤1；
或者相当于实验式
M”(Al，Ga)2(Si，Ge)pO4+2p:Eux，Ry，
该公式中，
M”是从由Sr、Ba、Ca、Mg以及Zn组成的组之中选择的一种以上的元素，
R是从由La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Bi、Sn以及Sb组成的组之中选择的一种以上的元素，
以及0＜p≤1，
0＜x≤0.5，并且
0＜y≤0.5；
或者相当于实验式
M1-a(Al，Ga)b(Si，Ge)cO1.5b+1+3c/2:Eux，Ry，
其中公式中，
M是从由Ca、Sr、Ba以及Mg组成的组之中选择的一种以上的元素，
R是从由La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Bi、Sn以及Sb组成的组之中选择的一种以上的元素，
以及0≤a＜1，
0＜b≤10，
0≤c≤8，
0＜x≤0.5，并且
0＜y≤0.5。
2.根据权利要求1所述的温度稳定性得到提高的发光体，其特征在于，
将所述发光体作为单独或者多个发光体的混合物使用。
3.根据权利要求1所述的温度稳定性得到提高的发光体，其特征在于，
所述发光体在LED的调制中作为发光层使用。
4.根据权利要求1所述的温度稳定性得到提高的发光体，其特征在于，
所述发光体在LED中作为产生有色光～白色光的层使用。
5.根据权利要求1所述的温度稳定性得到提高的发光体，其特征在于，
所述发光体在若切断发光层的激励能量则使放射线放出的颜色变化的LED中使用。
6.根据权利要求1所述的温度稳定性得到提高的发光体，其特征在于，
所述发光体作为单独或者多个发光体的混合物，使用于小型节能灯中的发光层的调制。
7.一种光学设备，是具有波长变换部的光学设备，其中波长变换部包括基于从LED元件发射出的光被激励而发射出激励光的发光体，其特征在于，
所述波长变换部包括根据权利要求1所述的发光体。
8.一种光学设备，其特征在于，包括
LED元件；
用于搭载所述LED元件并且对所述LED元件供电的供电部；
将所述LED元件和所述供电部一体化密封的具有透光性的密封部；和
波长变换部，其包括根据权利要求1所述的发光体，所述发光体基于从所述LED元件发射出的光被激励而发射激励光。
9.一种光学设备，其特征在于，包括
LED灯；
对从所述LED灯发射的光进行导光的导光部；
波长变换部，其包括根据权利要求1所述的发光体，所述发光体基于由所述导光部进行导光的光被激励而发射激励光；和基于经由所述波长变换部发射的光被照明的被照明部。
10.根据权利要求8所述的光学设备，其特征在于，
所述波长变换部被包括在密封所述LED元件的具有透光性的密封树脂中。
11.根据权利要求8所述的光学设备，其特征在于，
所述发光体是由具有透光性的玻璃密封的薄膜状的发光体层。
12.根据权利要求11所述的光学设备，其特征在于，
所述发光体层被形成为面状。
13.根据权利要求8所述的光学设备，其特征在于，
所述波长变换部被设置在具有使从所述LED元件发射出的光发射到所期望的照射范围内的光学形状的密封树脂的表面。
14.根据权利要求7～9中任一项所述的光学设备，其特征在于，
所述波长变换部是由波长300nm至500nm的范围内的蓝色光和/或紫外光激励的。
全文摘要
本发明提供发光体以及使用其的光学设备。本发明涉及以下特征的具有长荧光寿命的发光体。即作为为了使发光体的温度稳定性得到提高的另外的发光中心，除了激活剂之外，还包括从La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Bi、Sn、Sb以及类似的物质中选择的一种以上的共激活剂。本发明由于在温度稳定性和荧光寿命方面具有优越性，所以适用为LED用发光体。
文档编号C09K11/80GK101220273SQ20071019965
公开日2008年7月16日 申请日期2003年12月19日 优先权日2002年12月20日
发明者贡杜拉·罗特, 瓦尔特·特夫斯 申请人:丰田合成株式会社, 贡杜拉·罗特, 瓦尔特·特夫斯